基于极限平衡法的危岩倾覆稳定性三维计算方法

目前危岩防治工作中,危岩稳定性评价主要以简化后的二维剖面作为计算模型。由于自然界中的危岩形态极不规则,采用二维剖面计算模型并不能真实反映危岩受力情况。为了研究危岩稳定性三维计算方法,在前人研究基础上,基于极限平衡理论,提出了由后缘裂缝抗拉强度控制的危岩倾覆稳定性三维计算公式,采用数值积分和空间几何方法给出了在危岩单体三维模型基础上求解危岩后缘岩体抗拉力、水压力及其力矩计算公式和实现流程。以三峡库区瞿塘峡吊嘴危岩为实例开展了应用,并通过数值分析进行了验证。通过不同形态危岩的三维稳定性分析,讨论了三维与二维稳定性计算结果的关系,对比发现危岩形态对稳定性计算结果有明显影响,三维计算较二维计算更准确和实用。

基于构造滑面正应力分布的岩质边坡三维极限平衡法与应用

开展岩质边坡三维稳定性分析方法研究具有重要的理论意义和工程应用前景。常规的等效Mohr-Coulomb强度参数来分析岩质边坡的稳定性,不能准确反映岩体材料强度包线呈非线性分布的特征,计算结果偏于保守。建议了一种逐点等效Mohr-Coulomb强度参数替代常规的等效Mohr-Coulomb强度参数,通过构造滑面上的正应力分布,滑面上各点的等效黏聚力和等效内摩擦角则随着滑面正应力分布而逐点变化。在此基础上,将逐点等效Mohr-Coulomb强度参数方法和基于滑面正应力修正的极限平衡法相结合,提出了一种基于构造滑面正应力分布的岩质边坡三维稳定性分析方法。算例表明该方法计算结果与已有方法相印证,适用于任意空间滑面形态。与常规等效Mohr-Coulomb强度参数相比,该方法得到稳定性系数显著偏低。进一步将该方法应用于某露天矿边坡的整体稳定性评价,效果理想,并被工程单位所采纳。该方法结果可靠,计算过程简单且易于编程,可为岩质边坡工程稳定性评价提供理论参考。

滑面极径-应力-强度耦合关联下非线性破坏特征边坡稳定性极限平衡分析方法

非线性强度准则下边坡破坏模式、滑面应力以及岩土剪切强度参数存在耦合关联,从而加大了边坡稳定性分析与最可能破坏模式揭示的难度。为此,以滑面应力计算模式代替条块划分下条间力假设模式,并嵌入非线性Mohr-Coulomb(简称M-C)强度准则以及引入滑面端部应力约束条件。在此基础上,结合滑体整体力学平衡条件,建立滑面应力计算模式下非线性破坏特征边坡稳定性极限平衡解答。与此同时,依据现有滑面模型,将滑面概化为旋转中心点下极径与极角所表征的曲线,以此构建通用型滑面生成模型。进一步,针对分层边坡,提出合理的“应力连续+最不利剪切方向”层间滑面连接模式。随后,采取滑面极径-应力-强度联合迭代法,整合滑面应力计算模式下边坡稳定性极限平衡解答与通用滑面生成模型,实现非线性强度准则下边坡稳定性有效分析与最可能失效模式可靠揭示。通过多个边坡算例对比分析,此方法的可行性得以验证,而且当前研究工作将有利于进一步探明非线性强度准则下边坡破坏机制。

基于赤平投影法与极限平衡法的某矿山边坡稳定性研究

露天矿山高陡边坡稳定性已成为人民和国家关注的矿山安全问题之一。该研究根据边坡坡向、边坡岩体结构特征、结构面发育特征和岩体产状对矿山边坡地质工程分区,利用赤平投影法对3个分区进行边坡稳定性研究,选取3个典型剖面基于Slide软件利用极限平衡法对矿山高陡边坡进行稳定性研究。研究结果表明,该矿山边坡发生滑动、楔体破坏的可能性较小,且在3种工况下的安全系数均大于许用安全系数,该矿山边坡处于稳定状态,可保证矿山生产的安全。

基于极限平衡法与强度折减法的某高寒高海拔矿山边坡稳定性分析

为验证西部高寒高海拔地区某露天矿山设计边坡稳定性是否满足现行规范要求,并分析露天开采导致的位移变化规律,本文参考矿区终了境界平面图选取具有代表性的典型剖面,结合矿区实际情况、工程地质条件、室内物理力学试验,利用H-B准则等,综合确定矿区边坡的岩土体物理力学参数;采用极限平衡法中的不平衡推力法和M-P法及有限差分强度折减法,以安全系数为指标,验证了设计边坡的稳定性。通过极限平衡与强度折减计算结果的对比,验证了强度折减法计算潜在滑动面形态及安全系数的可靠性。在此基础上,分析强度折减前,在岩体开挖、施加爆破及地震荷载下矿山边坡的位移显现规律。研究结果可为露天矿山设计中的边坡稳定性定量分析提供参考。

基于强度折减法与极限平衡法的边坡稳定性分析

露天采场的安全稳定运行直接受边坡稳定性的影响。以南方某大型钽铌矿露天边坡为研究对象,结合现场工程地质调查和岩石力学试验确定的参数,采用有限元分析软件建立边坡剖面计算模型,利用强度折减法与极限平衡法分析在不同工况条件下的边坡稳定性。得到以下结论:采用强度折减法与极限平衡法计算边坡稳定性系数的结果相近,滑面位置基本相同,均为“圆弧形滑动”;边坡在不同工况条件下的塑性破坏都以拉剪破坏为主,其中拉应力破坏主要出现在坡顶和采空区,剪切破坏主要出现在坡顶、坡面中部以及坡脚,需采取合理的边坡局部治理措施;现状条件下各工况整体边坡处于稳定状态,B-B'剖面局部稳定且该局部矿区需选用更合适的爆破方式开采以防止边坡失稳。研究结果可为类似露天边坡的稳定性分析提供参考。

基于改进极限平衡原理的膨胀土边坡稳定性计算分析

为了研究膨胀土边坡的稳定性计算方法,基于极限平衡原理,考虑膨胀力并推导4种不同计算模型对于膨胀土边坡稳定性计算的理论方法。结果表明,4种不同计算方法得到的边坡稳定性系数在考虑膨胀力和不考虑膨胀力的工况下,稳定性系数变化趋势基本一致;考虑膨胀力时均比不考虑膨胀力所得到的边坡稳定性系数的结果更小,膨胀力越大,边坡表层发生滑动的概率越大。

基于极限平衡法与有限元法的非均匀边坡稳定性对比分析

为研究具有不同强度材料或倾斜地层的非均匀性边坡稳定性问题,本文应用极限平衡方法(LE)和有限元分析方法(FE)对一系列的案例进行对比分析。结果表明,对于复杂边坡,临界滑动不太可能是圆形的,典型的LE分析会高估安全系数(FoS),FE分析则可以更好地演示破坏表面的几何形状。LE方法在非圆形滑移面分析中确实产生了与有限元方法相当的结果,但需要大量的手工迭代和人工判断。

基于极限平衡法的边坡三维稳定性计算

为研究坡面荷载作用下三维边坡的稳定性,文章基于极限平衡理论,建立边坡三维稳定性计算模型,详细地分析了土体抗剪强度、边坡坡角、坡面荷载及边坡宽高比对边坡稳定性的影响,结果表明:(1)边坡的稳定性系数在有无坡面荷载时均表现出相同的变化趋势,稳定系数随内摩擦角的增大而增大,且内摩擦角越大,边坡稳定性系数增大速率越大;(2)随坡角的增大,边坡稳定性系数逐渐减小,当坡角由50°增大至60°时,对应无量纲坡面荷载分别为0、0.2、0.4和0.6时,边坡的稳定性系数降低了25%、25.6%、26%和26.8%;(3)坡角相同,边坡稳定系数随着坡面荷载的增加呈线性增加,坡面荷载相同,稳定系数随着坡角的增加而降低。实际工程中,当宽高比较小时,二维稳定性计算不可以替代三维稳定性计算。

降雨条件下层状土坡三维边坡稳定性分析

降雨是诱发滑坡的重要因素之一,在降雨型滑坡的研究中,关于土壤水分剖面形状动态变化对三维边坡稳定性的影响有待进一步考虑。鉴于此,在前人工作的基础上,本文采用含修正形状系数的形状曲线描述土壤水分剖面的变化,结合非饱和土的水力特性,计算等效渗透系数,推导出改进入渗模型并拓展至双层土体入渗。利用GRASS GIS建立三维边坡模型,选取椭球面作为三维滑动面,通过蒙特卡洛法模拟椭球面参数,确定试算滑动面,采用Hovland三维极限平衡法计算考虑雨水入渗影响的三维边坡安全系数。根据湿润锋面、土层间界面和潜在滑动面三者的相对位置关系,将栅格单元柱分为5种情况考虑。通过算例分析验证所提出的降雨条件下三维边坡稳定性分析方法的可行性,结果表明:蒙特卡洛模拟试算样本数的最佳取值可定为2500次;最小三维边坡安全系数随着降雨历时的增加而减小,减小幅度为0.055~0.126。

地震荷载作用下非饱和土边坡三维极限承载力研究

研究旨在对地震荷载作用下非饱和土边坡稳定性进行分析。为了考虑地震荷载时间效应、边坡放大效应及土体阻尼特性的影响,采用修正拟动力法对边坡动力响应进行描述。采用考虑基质吸力影响下非饱和土广义黏聚力和饱和土摩擦角定义非饱和土剪切强度参数。基于三维离散破坏模型,采用极限分析上限法构建了地震荷载作用下非饱和土边坡三维极限承载力分析模型,通过已发表文献结果验证了所提出模型的有效性。最后,提供了非饱和土边坡三维极限承载力设计图表。研究结果表明:①与二维破坏模型相比较,所提出三维破坏模型能实现对边坡稳定性更为准确的评估;②忽略非饱和土剪切强度参数影响往往导致边坡稳定性评估结果偏于保守。

含复杂裂隙网络岩质边坡三维稳定性计算方法

岩质边坡稳定性主要受控于结构面的空间组合关系,二维稳定性计算结果往往忽略结构面切割的空间效应,无法准确反映其真实稳定性情况。基于离散裂隙网络模型(DFN)提出了考虑复杂裂隙网络分布的岩质边坡三维稳定性计算方法,该模拟方法假定岩体由岩块和裂隙面组成,分别采用实体单元和无厚度摩擦接触界面单元模拟,基于有限元强度折减法求得岩质边坡的潜在滑动面及安全系数。结果表明,该方法可有效分析含多条裂隙面三维边坡稳定性;二维平面应变模型无法准确反映真实三维边坡失稳问题,忽略三维效应的边坡稳定性分析易出现过于保守设计的情况;在保证精度的前提下,所提方法可有效减小前处理网格剖分难度,对于解决含复杂裂隙网络岩质边坡三维数值模拟问题具有优势。

基于极限平衡法的小窑采空区地基稳定性评价方法研究

在煤矿采空区地表进行城镇建设开发利用已成为国内矿业城市解决建设用地指标不足的有效途径。为了给城镇建设规划提供依据和保证拟建建筑的安全,首先必须对采空区场地进行地基稳定性评价,然后根据评价结果有针对性地采取建筑、结构、地基基础及采空区处理等治理措施。其中,小窑采空区往往因其开采面积小、顶板垮落不充分而成为悬顶区,悬顶区在地表建筑荷载作用下,有可能发生突发性的采空塌陷地质灾害,从而危及地表建筑及人员安全。极限平衡法是小窑采空区地基稳定性评价常用的方法之一,该方法通过建立采空区顶板压力、建筑基底压力、上覆岩层自重及岩体摩阻力四者之间的平衡方程而得到临界埋藏深度。但对于小窑采空区临界埋藏深度计算公式中基底压力p和埋深H参数概念的理解尚存在分歧,从而造成在评价工作中计算结果和评价结论的不唯一。针对该公式存在的问题进行了剖析,建立了与不同概念理解相对应的两种修正计算模型。研究对比分析后,建议采用以适用性更强的第二种修正计算模型为准,并明确了参数p和参数H的基本概念,即参数p的意义为建筑物基底平均压力,参数H的意义为自建筑物基底起算的采空区埋藏深度。在此基础上,又分别针对裸露型基岩场地和覆盖型基岩场地的情况,对第二种修正计算模型的采空区临界埋藏深度计算公式进行了改进和扩展,从而为更好地指导小窑采空区地基稳定性评价工作提供了参考。

边坡稳定性的三维极限平衡分析方法及应用

边坡稳定性评价，特别是对于具有复杂几何特征的问题，应作为三维问题来处理。文中提出了一种评价边坡稳定性的三维极限平衡方法。该方法中滑面可采用４ 种类型：天然不连续面，剪切作用形成的球面，剪切作用形成的旋转椭球面和组合面。程序使用者可结合工程经验方便地确定可能的滑面，对工程上可能的多个滑动方向进行计算。同时可考虑地下水作用、地震等因素。水库库岸滑坡区分析算例表明，该方法及ＳＳＡ３Ｄ 程序适合处理三维边坡稳定性评价问题。

边坡稳定三维分析的极限平衡方法

介绍对边坡稳定分析三维极限平衡方法的一个新解法 ,它是二维Spencer法在三维条件下的扩展。该法保证了滑坡体三个方向的静力平衡 ,同时 ,还增加了一个整体力矩平衡条件 ,行界面的条间力不再假定为水平 ,条底的剪力方向也不假定为平行于主滑平面。考题和工程实例说明了其可行性和实用性。

三维边坡稳定性极限平衡分析系统软件SLOPE^(3D)的设计及应用

为了拓展三维极限平衡法在实际工程中的广泛应用,边坡稳定性分析可视化系统软件SLOPE^(3D)被研制和发展。它由前处理、极限平衡分析求解器和后处理3部分组成,前处理核心是构造三维边坡地质模型,后处理主要是计算结果分析和可视化图形显示。该系统将边坡工程地质信息三维可视化技术和稳定性分析有机地结合起来,由于其良好的用户界面和高质量的三维图形显示能力,使人们能够容易地将其应用到实际边坡工程问题中。

一种边坡稳定性分析的三维极限平衡法及应用

将离散后的条柱间作用力等效成滑面正应力,依据整个滑体的平衡条件,提出一种适用一般空间形态滑面的边坡三维极限平衡法。首先通过类比经典土压力理论和Spencer的条间力假定,提出了条柱间作用力假设模型,由典型条柱的平衡条件得到滑面正应力的分布函数(含3个待定参数),再根据整个滑体的4个主要平衡条件建立平衡方程,采用数值方法和解析法求解平衡方程组获得三维安全系数。算例验证研究结果表明:该方法计算结果与已有方法相印证,其精度与严格三维极限平衡法相当,适用于任意空间滑面形态。最后,应用该方法初步评价金坪子II区边坡的整体稳定性,取得较理想的效果。该方法理论严谨,结果可靠,计算过程简单且易于编程,可在边坡工程设计及滑坡治理中推广应用。

基于GIS边坡稳定三维极限平衡方法的开发及应用

由于GIS强大的功能从一般的数据存储到复杂的空间分析及图形显示,在岩土工程分析中亦必将成为一个常用工具。本文研究基于GIS栅格数据和4个边坡稳定三维极限平衡模型,开发了一个GIS扩展模块用于边坡三维安全系数计算。考题和实例计算表明了该模块的正确性和便利性。

边坡稳定分析三维极限平衡条柱间力的讨论

根据在自重作用下潜在滑体在斜面上运动的规律,提出条柱底滑面上抗滑力方向垂直于底滑面与水平面交线的假定,并引用条间抗剪强度发挥系数的概念,运用各条柱的3个方向力的平衡和边坡整体3个方向的力矩平衡,提出了一种计算边坡稳定性的三维极限平衡方法,通过对算例的计算结果分析发现:当忽略条柱间全部剪力作用时,得到的安全系数与二维Spencer法计算结果相近;考虑部分条柱间剪力作用时,得到的安全系数与文献[5]计算结果相近;当考虑条柱间横向剪力对边坡稳定性的贡献时,即考虑条柱间全部作用力,得到的安全系数最高,这种假定更能反映边坡实际受力情况,因此,所得的结果更接近于实际。

边坡稳定性分析的三维极限平衡法及应用

将二维Janbu条分法进行拓展,给出了一种三维极限平衡边坡稳定性分析方法。该方法对所有条块满足力与力矩平衡关系,可适用于任何形状的滑面,包括地质分层和水压力等复杂条件。该方法发展了传统条分法中只给出坡体总体稳定性系数的作法,根据滑面的几何特征,进一步分析了各条块独立的稳定性系数及各条块的潜在滑动方向。另外,该方法承袭了用二维Janbu法分析的优缺点。最后对一个实际滑坡进行了稳定性分析。